研究内容： 1.通过汽车覆盖件计算机模拟， 获得成型过程的材料流动、 应力、应变分布等信息， 预测成型过程中可能出现的断裂、 起皱、缩颈等； 2.从参数化 CAE、参数化 CAO、入手，将有限元分析有关数据参数化。 对前处理进行参数化包括：几何模型的参数化；有限元网格划分的参数； 约束边界条件及载荷的参数化；材料性能的参数化等。对后处理进行参数 化，主要目的是帮助用户从大量的分析数据

研究内容： 该项目研究了 ME20M 镁合金板料热拉深成形；提出了适 合镁合金板料热成形的含非常应变软化因子的高温流变应力数学模型， 并 通 过 用 户 子 程 序 二 次 开 发 VUMAT 将 其 加 入 到 数 值 模 拟 软 件 ABAQUSA/explicit 中去；通过金相组织实验，在各种成形条件下热拉深 筒形件断面组织结构， 得到不同成形工艺参数对镁合金组织性能的影响结 果。

方矩形钢管是用途极广和最常见的异型钢管，也是一种经济端面管材，与其相同截面积的其他非圆钢管相比，具有重量轻，强度高，抗弯截面模量大，节省金属，易于安装等优点，主要用于建筑、医疗器械、高档家具、汽车、飞机、地铁、造船等行业。  冷弯方矩形管的主要成型工艺有“圆变方”和“方变方”两种，前者生产效率高，是将高频圆形焊管经过冷拔整形成为最后形状。   随着市场和技术发展的需求，北京科技大学机械学院在成功开发了“高精度冷拔精密钢管”工艺与设备基础上，又先后开发出滚模冷拔锥管、葫芦形管、大口径方管等复杂断面管材以及多通管液压胀形等新工艺。我们利用大型仿真软件对大口径方管的冷拔过程进行了各种工艺参数下的模拟。开发成功650X650以下，最大壁厚25mm的方矩形管成形新工艺与设备。 冷弯型钢在国外建筑业中用途非常广泛，被用作屋架、檩条、桁架、刚架、墙架、龙骨、屋面板、墙板、楼板、门窗乃至容器、管道、围堰、钢板桩、防波堤等。近年来，冷弯型钢组合而成的网壳、货架、单层和多层房屋也得到了很快的发展。在发达国家，建筑业是冷弯型钢的第一大用户，冷弯型钢占钢材总量的5％，建筑业用冷弯型钢占冷弯型钢总量70％以上，冷弯型钢产品应用于建筑业的主要是结构用冷弯方矩形管和建筑用结构冷弯型钢。从结构力学和经济角度，冷弯型钢和H型钢结合应用于建筑业是最佳组合，可以实现工业厂房和民用住宅建设工厂化。

该项目属于粉末冶金学科。高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在高技术领域中具有不可取代的关键作用。然而，这类材料往往硬度高、脆性大，难以采用传统技术加工制备，成为许多国防和民用高技术装备发展的瓶颈。为此，项目基于粉体流变成形原理，研发了难加工材料的近终形制造新技术，广泛应用于国防和民用高技术领域。

在传统的半固态铝合金触变成形技术中，电磁搅拌和电磁感应重熔加热的功率较大、效率很低、能耗很高，半固态坯料的液相分数不能太高，成形非常复杂零件毛坯时遇到困难，而且坯料的锯屑、坯料重熔加热时的流失金属、浇注系统和废品不能马上回用，增加了触变成形的生产成本。因此，如何进一步降低生产成本成为当今半固态铝合金成形技术应用的最重要的主题。 在国家九五、十五和十一五“863”高技术发展计划的支持下，我校研制开发的先进铝合金半固态流变成形技术已经成熟，成功地流变成形了汽车零件，如图1所示。与一般半固态铝合金触变成形相比，该半固态铝合金流变成形的生产工艺流程大大缩短，设备投资也将大幅度减少，半固态流变成形零件的生产成本将会明显降低。目前，该项目已经通过国家“863”计划组织的专家委员会的验收。 由于半固态铝合金流变成形不易发生喷溅、裹气少、凝固收缩小，流变成形的零件毛坯致密，能够热处理强化，因此采用本半固态流变成形技术成型的铝合金零件的力学性能远远超过铝合金压铸件的力学性能，满足国家技术标准。而且，流变成形的零件毛坯不存在宏观偏析，力学性能更均匀；可以实现近终化成形，大为减少机加工量，降低加工成本；易于实现机械化或自动化操作，生产效率高；减轻了模具的热冲击，提高了模具的寿命。该技术具有电磁搅拌和均热能耗低，浆料表面氧化程度轻，输送方便，浆料的固相分数可以灵活控制，便于成形各种复杂零件，而且半固态铝合金浆料流变成形后的浇注系统、废品将直接在本车间回用，降低原料成本。与传统的半固态铝合金触变成形相比，半固态铝合金流变成形的生产工艺流程大大缩短，设备投资也将大幅度减少，半固态流变成形零件的生产成本将会明显降低。 该技术以北京科技大学拥有的中国发明专利00 1 09540.4为支撑，具有原创性及完全的知识产权。 目前，铝合金半固态流变成形应用主要集中在汽车零件和耐压阀体等零件，如汽车制动总泵壳、油道、轮毂等，也可以应用于其他要求较高的零件毛坯，如航空、航天、摩托车和电子行业的铝合金零件等。铝合金半固态流变成形零件毛坯不但具有优良的力学性能。

研究阀体零件多向挤压成形工艺过程中材料流动特征，指出加载路径对材料流动的影响规律，优化加载路径，有效避免成形缺陷；已成功研发了铝合金、铜合金以及黑色金属的半固态成形工艺，成形零件强度、硬度显著提高，形成了复杂阀体半固态挤压铸造、半固态多向锻造工艺体系；研制了实现 6 个加载方向数控成形液压机，利用机架及特制液压缸有效减少了液压系统安装空间。

采用塑性成形工艺成形具有复杂特征的轴类零件（如螺纹、花键、蜗杆、丝杠），相比于传统的切削加工工艺，零件精度高、机械性能好、生产率高、材料利用率高，是一种高效精确体积成形技术。根据不同零件特征发展一系类新工艺：将中高频感应加热同螺纹、花键滚压成形相结合，解决了高强度钢螺纹、花键滚压成形问题；复合振动的复杂齿形滚轧、挤压工艺有效改善了成形零件质量；提出了螺纹齿高大、变形量大的长螺纹（丝杠）零件塑性成形方法；发展可锻轧一体化蜗杆的精密塑性成形工艺等。为之配套的工装、伺服直驱设备体系与相关技术完备。

采用局部加载增量成形大型复杂构件可有效减少成形载荷、提高材料成形极限、拓展构件成形尺寸范围、提高设备成形能力，是采用难变形材料的大型复杂构件近净省力成形的有效途径。揭示了大型复杂构件局部加载成形过程的加载状态并建立了下材料流动解析模型；发展了适用于大型复杂构件三维坯料设计的解 析-数值混合方法；构件了能快速稳定实现局部加载的液压机的液压系统，获得相同装机功率下远大于整体加载成形的成形能力。工艺理论已形成系统，且技术成熟度高，撰写综述论文发表于国际 SCI 期刊，已在实现局部的液压系统方面申请发明专利多项。

该项目属于粉末冶金学科。高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在高技术领域中具有不可取代的关键作用。然而，这类材料往往硬度高、脆性大，难以采用传统技术加工制备，成为许多国防和民用高技术装备发展的瓶颈。为此，项目基于粉体流变成形原理，研发了难加工材料的近终形制造新技术，广泛应用于国防和民用高技术领域。主要发明点如下：1. 发明了高性能特种材料的粉末注射成形新工艺，实现了金属钨、氮化铝、含氮不锈钢等难加工材料制品的近终形制造；发明了专用注射成形机、侧抽芯新结构模具等关键工艺装备；创立了基于机器视觉的粉末注射成形产品尺寸和外观质量在线自动检测、工业机器人动态抓取和分拣软硬件系统，首次实现了全自动化生产和高质量稳定性控制，生产效率提高 6 倍以上。2. 首创了适合注射成形的近球形微细特种粉体制备和改性新技术。提出基于酸根离子的化学推进剂理论，创立了可控溶液燃烧合成难熔金属和氮化物反应体系和工艺，制备出粒径小于 50nm 的高分散近球形氮化铝和钨基粉体。创立了“气流分级分散-等离子球化”粉体改性技术，制备出满足精密多孔阴极需要的细粒径窄分布（5±2μm）球形钨粉。3. 发明了适合不同材料的粘结剂体系及成形和高效脱脂工艺。提出基于聚合物功能基团的多组元粘结剂设计原理，创立了两相流协调运动模型，阐明了两相分离和缺陷产生的不确定性机制，发明了残碳型、低残留型和高粘性粘结剂体系，有效解决了坯体两相分离、变形、增氧、缺陷等控制难题，产品尺寸精度达到±0.2%。4. 发明了多孔脱脂坯强化烧结致密化和组织性能精确调控技术。提出金属钨的低温无压活化烧结致密化理论和钝化处理孔隙结构精确调控技术，突破了高致密度钨的细晶化和多孔钨的孔隙均匀化技术瓶颈，烧结金属钨电极的晶粒尺寸仅 570nm，抗电子轰击性能提高 2 个数量级，多孔钨的活性物质填充量提高 20%；综合利用液相烧结和残碳“脱氧”原理，解决了氮化铝高致密化、晶界相控制和晶格净化等难题，热导率高达 248W·m-1·K-1。项目授权中国发明专利 60 项、实用新型专利 65 项，申请 PCT 专利 2 项，软件著作权 6 项，合作出版著作 5 部，发表 SCI 论文 104 篇。项目引领了粉末注射成形行业发展，建成了世界规模最大的粉末注射成形生产线。科技成果评价专家组认为：“创新性强，属于重要的军民两用技术”；“为我国国防先进武器和民用工业领域研制和生产了多种关键零件”；“应用成效明显，整体技术达到国际领先水平”。获教育部技术发明一等奖 2 项、中国有色金属工业技术发明一等奖 1项。成果推广应用于 20 余家企业，建成生产线 47 条。近三年，新增销售 54.09亿元，新增利润 7.05 亿元，多种产品解决了国防装备建设和研发的“卡脖子”问题，社会经济效益显著。

作为机器基础件的齿轮近几年来在向高速、低噪声、高可靠性发展。为适应发展的要求，几乎所有的高速齿轮都采用高精度，硬齿面，齿廓和齿向修形。成形磨齿机在齿廓修形和齿向修形具有无法比拟的优势，能够满足高阶复杂修形要求，使得这种现代先进方法成为磨齿机发展的主要方向。本项目在渐开线齿轮成形磨齿工艺软件开发过程中考虑了轴齿轮，盲端齿轮等特殊齿轮情况，对于高阶复杂修形齿面计算、砂轮截形优化、三维磨削过程可视化、基于KBE技术的齿轮工艺参数智能化管理等技术难题，进行了重点开发。并在齿轮动态性能预测及噪声控制软件部分实现技术突破，软件可实现齿轮噪音对比预测，并能优化齿轮参数，以降低齿轮运行时振动噪声目的。此功能的开发大大缩短了齿轮加工工艺调整周期，形成了一体化智能成形磨齿系统。L300G多功能数控成形磨齿机整体采用卧式布局，以适应盘形齿轮和轴类齿轮加工。机床的特点是机床结构简单，操纵可靠轻易；运动控制系统、修整系统都有NC数控轴控制；人机操作方便、可视化强，结合KBE技术对齿轮工艺数据智能化管理，即可完成齿轮齿向任意修正；磨削时冷却液都采用高压供给并有真空过滤以及油雾分离装置；具有较高的加工精度，本机床能达到GB10095-88 3级，表面粗糙度达Ra0.4μm，齿轮周节累计误差达到2级。成形磨齿机适合于单件小批量生产，又适合大批量生产，加工效率较高，在加工相同精度和规格的齿轮性价比明显高。另外，本机床在渐开线齿轮成形磨齿工艺软件基础上，相继进行了摆线齿轮、轴外圆、花键、蜗轮磨削工艺软件的开发，真正实现了“一机多用”的多功能磨齿机开发，这也是绿色制造技术的集中体现。